核電站設(shè)備閘門的設(shè)計技術(shù)關(guān)鍵點備課講稿

1、10.2 設(shè)備閘門設(shè)計說明10.2.1 設(shè)計技術(shù)關(guān)鍵反應(yīng)堆大型設(shè)備通過設(shè)備閘門運入安全殼，設(shè)備閘門為一法蘭型環(huán)狀 閘門艙口，與安全殼鋼襯里相焊。艙口用一個帶有法蘭的大型封頭蓋閉， 封頭法蘭用螺栓固定于艙口法蘭上。設(shè)備閘門為一法蘭型環(huán)狀閘門艙口， 與安全殼鋼襯里相焊。艙口用一個帶有法蘭的大型碟形封頭蓋閉，封頭法 蘭用螺栓固定于艙口法蘭上。封頭上有兩個吊耳，供拆裝封頭用。兩道法 蘭之間設(shè)置雙道密封，在兩道密封之間的空隙內(nèi)可以加壓氣體作氣密性試 驗。設(shè)備閘門設(shè)計主要需要考慮，在基準(zhǔn)事故工況和嚴(yán)重事故工況的溫度 和壓力下，設(shè)備閘門仍然保持結(jié)構(gòu)和密封的完整性。例如在基準(zhǔn)事故工況 下，發(fā)生蒸汽管道小破口、

2、主蒸汽管道大破口等事件，事故后壓力達到 0.42MPa,溫度局部達到1500C，持續(xù)600秒，然后下降，要求設(shè)備閘門保 持密閉和結(jié)構(gòu)的完整性。設(shè)備閘門的承壓部件按壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，從而能夠確保設(shè) 備閘門承壓部件能夠承受基準(zhǔn)事故工況和嚴(yán)重事故工況的溫度和壓力；而 設(shè)備閘門的密封性是靠兩個壓緊在鋼法蘭之間的同軸彈性實心密封件來保 證。為了能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備閘門在各種可能工況下的結(jié)構(gòu)完整性和規(guī)定功能， 在 設(shè)備閘門設(shè)計過程中應(yīng)考慮如下的技術(shù)關(guān)鍵：1 ）選材；2）結(jié)構(gòu)設(shè)計；3）應(yīng)力分析；4）鑒定試驗要求；5）制造和檢驗技術(shù)要求。10.2.2 設(shè)計技術(shù)關(guān)鍵的解決措施及技術(shù)儲備10.2.2.1 選材設(shè)備

3、閘門的承壓部分采用的鋼材為歐洲壓力容器用鋼板標(biāo)準(zhǔn) EN10028 的P265GH對應(yīng)的國產(chǎn)材料為20F。P265GH含有晶粒細化元素，除保證常 溫性能外，還保證較高溫度下的力學(xué)性能，適用于蒸汽鍋爐設(shè)備、較高工 作溫度的壓力容器及類似結(jié)構(gòu)件。材料到場后，應(yīng)根據(jù)技術(shù)規(guī)格書的要求 做出材料復(fù)驗，材料復(fù)驗合格后，方可使用。設(shè)備閘門套筒的預(yù)埋件一般采用國標(biāo) Q235B的鋼材，所用錨筋一般為圓鋼。設(shè)備閘門的密封圈是由高機械性能的硅橡膠制成。10.2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)備閘門由閘門封頭、閘門筒體、提升裝置和懸掛裝置等幾大部分組 成。1）閘門筒體和封頭設(shè)備閘門筒體是鋼襯里上最大的附件， 它由筒體套管、 法蘭、

4、加厚板、 環(huán)筋板、錨固釘?shù)炔糠纸M成，而閘門封頭是由橢圓形封頭、法蘭、吊耳、 掛耳等部分組成。閘門筒體套管、法蘭、加厚板、環(huán)筋板與閘門封頭、法蘭都屬于承壓 部件，按壓力容器相關(guān)規(guī)范進行設(shè)計，承受的載荷包括設(shè)計自重，設(shè)計壓 力，安全殼設(shè)計基準(zhǔn)事故工況最大溫度和嚴(yán)重事故工況最大壓力組合而成。閘門筒體和封頭之間通過螺栓緊固件進行連接。設(shè)備閘門筒體的加厚板是安全殼鋼襯里的連接件，和鋼襯里的連接方 式為全熔透焊接。為了保證鋼襯里的整體密封性，需要對焊縫進行 100%檢 漏。為了避免焊接變形，在閘門套筒加厚板與鋼襯里焊接時，焊接應(yīng)力引 起的法蘭變形減小到最小以前，法蘭接合面不能被打開。設(shè)備閘門筒體的錨固釘用

5、于將筒體固定于安全殼的混凝土層上，能把 載荷和熱效應(yīng)傳遞到混凝土。錨固系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)按建筑鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)范 進行設(shè)計，確定錨固釘?shù)倪x型和布置方案。設(shè)備閘門封頭上安裝了 2個吊耳和 1個掛耳，其中吊耳用于提升吊起閘 門封頭，而掛耳用于將閘門封頭懸掛在懸掛掛鉤上，因此吊耳和掛耳的結(jié) 構(gòu)強度應(yīng)能夠滿足支撐整個閘門封頭的重量 30t 。在設(shè)備閘門封頭的起吊過 程中，閘門封頭必須保持垂直狀態(tài)，因此需要控制閘門封頭的重心，確保 閘門封頭在起吊和懸掛時能夠通過設(shè)備的重心，以保證設(shè)備閘門法蘭面的 垂直、不傾斜。2）提升裝置和懸掛裝置 設(shè)備閘門在核電站停堆維修期間，需要松開法蘭上密封的螺栓緊固件， 通過設(shè)備閘門上

6、方的起吊提升裝置，將設(shè)備閘門的封頭及鋼平臺部分吊起， 并懸掛在懸掛裝置上，直到核電站核島內(nèi)設(shè)備檢修完畢，所以設(shè)備閘門的 重量必須控制在起吊裝置的額定范圍內(nèi)。提升裝置和懸掛裝置屬于非核級 設(shè)備，布置在安全殼外，其中起重機設(shè)備可按起重機相關(guān)規(guī)范進行設(shè)計， 而懸掛裝置可按建筑鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)范進行設(shè)計。3）密封件設(shè)計設(shè)備閘門的密封性是靠兩個壓緊在鋼法蘭之間的同軸彈性實心密封件 來保證，可用一個帶有快速接頭的軟管向其內(nèi)部空間加壓來檢查密封性。 密封性用一個可拆卸的測量裝置測量壓力的變化來檢查，在標(biāo)高士 0.00m處閘門的控制柜內(nèi)設(shè)置有一套完整的供氣系統(tǒng)，通過安全殼外部的且固定在 門外的操作架上的一個銅管

7、聯(lián)接到設(shè)備閘門上，從而可以檢查設(shè)備閘門的 密封性。密圭寸圈是由高機械性能的硅橡膠制成，抗拉強度極限大于750N/cm,延伸率大于450%抗剪切強度280N/cm，能夠在200 C溫度下連續(xù)工作，而 且具有較好的抗輻照性能，因而可以承受發(fā)生 LOCA事故時的極端環(huán)境，保 持設(shè)備閘門密封的完整性。10.2.2.1 應(yīng)力分析1）設(shè)備閘門的應(yīng)力分析和抗震分析為保證安全殼結(jié)構(gòu)在各種事故工況下的完整性，采用ANSYS分析設(shè)計 軟件對設(shè)備閘門進行三維實體建模， 按照ASME第III卷NE分冊的要求進 行結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析評定。計算所考慮的載荷組合及使用限制見下表：工況條件載荷組合使用限制設(shè)計D、Pa、Ta設(shè)計正常

8、D、Pa、TaA級異常D、Pa、Ta、OBEB級危急(1)D、Pa、Ta、SSEC級(2)D、Ps事故D、Pa、Ta、SSED級其中：D-自重，Pa-設(shè)計壓力、Ta-設(shè)計基準(zhǔn)事故工況最大溫度、Ps-嚴(yán)重事故工況最大壓力上述各種工況載荷組合下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)小于下表所列的應(yīng)力限值，以 保證結(jié)構(gòu)強度。對于溫度載荷產(chǎn)生的二次應(yīng)力，若計算結(jié)構(gòu)超出應(yīng)力限值， 可考慮按照ASMENE3228的規(guī)定進行簡化彈塑性分析，以考慮材料塑性對 二次應(yīng)力的釋放效應(yīng)。便用限制應(yīng)力分類應(yīng)力限制設(shè)計%S m:Pl 十 Pb 55論PmSA級Pl*1 * 哎 m:人七Qps1 rn.u rncB級Pl* Ft,1 * 5 S m

9、;Pl + Pb 十 QP匚級1 mc nx:Pl + Phl 5 jD級PhiVlax(L2Sm;, S0Pl 十 PbMax (1.8 S T L 5 S j)地震（1/2SSE或SSE）和起吊操作不考慮同時發(fā)生。應(yīng)分析 1/2SSE或SSE對無負(fù)載的起吊裝置的影響，以確保這樣的地震不會再結(jié)構(gòu)或部件上產(chǎn)生飛射物。2）設(shè)備閘門的屈曲分析對設(shè)備閘門進行屈曲分析，計算得到臨界屈曲壓力，將該數(shù)值乘以穩(wěn) 定安全系數(shù)即得設(shè)備閘門的基本許用壓力。引起屈曲的載荷有兩種：壓力 和溫度引起的熱膨脹。計算時，按每1MP壓力升高100C加載，計算得到設(shè) 備閘門在壓力和溫度載荷組合作用下的屈曲特征值?？紤]到由于制造

10、誤差 導(dǎo)致的理論解與實驗結(jié)果的誤差，屈曲特征值乘以系數(shù) 0.5?；驹S用應(yīng)力 依據(jù)ASMEB&P規(guī)范第皿卷NE23222穩(wěn)定安全系數(shù)取3,對設(shè)計、A級和B級 使用限制，壓力限值取基本許用壓力；對 G級使用限制，壓力限值取基本許 用壓力限值的1.2倍；對D級使用限制，壓力限值取基本許用壓力限值的1.5 倍。3）設(shè)備閘門的疲勞分析在異常工況下需要對設(shè)備進行疲勞分析評定， 以保證設(shè)備在壽期內(nèi)不會 發(fā)生疲勞失效。設(shè)備閘門在運行期間經(jīng)歷的瞬態(tài)工況比較多，屬于多事件 的變幅疲勞問題。采用線性累積損傷準(zhǔn)則來對設(shè)備進行疲勞評定?？刂聘?交變應(yīng)力幅的累積損傷系數(shù)不超過 1,即：ni ni n2 n3Ni N1

11、N2 N34）設(shè)備閘門錨固件的應(yīng)力分析設(shè)備閘門的錨固件分析時，可假定在所有工況下，設(shè)備套筒均處于彈性 狀態(tài)，例如根據(jù)設(shè)備套筒應(yīng)變確定其內(nèi)力時，可采用屈服強度之內(nèi)的彈性 模量和泊松比用虎克定律求得。若設(shè)備套筒應(yīng)力和導(dǎo)致的薄膜力大大超過 單軸屈服強度，則可進行雙軸試驗來確定雙軸屈服強度。 若完成雙軸試驗，在設(shè)計確認(rèn)設(shè)備套筒處于塑性狀態(tài)時，則可確定錨固件載荷。10.2.2.1 鑒定試驗要求1）設(shè)備閘門的氣密性試驗設(shè)備閘門的氣密性試驗主要包括雙密封件的局部氣密性試驗 （B 類試驗） 和安全殼整體氣密性試驗（ A 類試驗），試驗壓力為安全殼的設(shè)計壓力 0.42MPa。雙密封件的局部氣密性試驗用一個帶有快

12、速接頭的軟管向其內(nèi)部空間 加壓來檢查，從流量表上讀取流量即為該被試部件的泄漏率。如果泄露量 在每105Pa相對壓力和每延米雙密封件不超過 0.01Ncm/s就認(rèn)為是滿意的。安全殼整體氣密性試驗用于檢驗安全殼在密封性方面設(shè)計和建造的質(zhì) 量，評價失水事故時出現(xiàn)泄漏的風(fēng)險，通過試驗查找出泄露的部位，進行 必要的維修，以確保在正常運行和事故情況下，安全殼的泄漏率在規(guī)定的 允許限值下。設(shè)備閘門要求處于關(guān)閉狀態(tài)。2）設(shè)備閘門的結(jié)構(gòu)強度試驗 核電廠運行前，安全殼系統(tǒng)必須進行一次規(guī)定壓力下的整體性試驗，以驗證其結(jié)構(gòu)的整體性。試驗壓力取設(shè)計壓力的 1 . 1 5倍，試驗溫度至少應(yīng) 比襯里材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度高 20度。要求設(shè)備閘門處于關(guān)閉狀態(tài)，需要觀 測設(shè)備閘門的外觀質(zhì)量，測量設(shè)備閘門的應(yīng)變情況。3）提升系統(tǒng)的驗收試驗 主要包括空載試驗、負(fù)載試驗（包括額定載荷試驗、 1 .4倍靜載試驗和1.2 倍動載試驗）、安全保護裝置試驗以及噪聲、運行精度等檢查等。4）懸掛裝置的功能試驗應(yīng)做到準(zhǔn)確動作，防止負(fù)載跌落的鎖閉系統(tǒng)應(yīng)操作靈活、動作可靠。5）